C++多态特性之派生与虚函数与模板详细介绍

1. 多态概念

多态（Polymorphism）是指同一个函数调用可以有不同的行为，即同一函数可以多次实现。C++中的多态性是实现面向对象程序设计中的重要特征，主要分为两种类型：

1. 静态多态：又称为编译期多态，主要通过函数重载和运算符重载实现，主要在编译期间进行。

2. 动态多态：又称为运行时多态，主要通过虚函数实现，主要在运行期间进行。

2. 派生

OOP（Object-Oriented Programming，面向对象编程）的基础是类，派生则是OOP中十分重要的概念。派生（Derivation）是指在一个已有类的基础上，建立一个新的类，新的类称为派生类（Derived Class），已有类称为基类（Base Class）。派生类能够继承实现了基类的成员函数和数据成员。派生类还可以在其上加入新的成员，或重新定义覆盖从基类中继承过来的成员函数。派生类对象既包含了基类的成员，也包含了派生类的成员。

例如，

class Base {
public:
    void print();
};

class Derived : public Base {
public:
    void print();  // 重新定义与基类同名函数
    void display();
};

int main() {
    Base* p = new Derived();  // 派生类可以转换为基类
    p->print();               // 调用到派生类中的print()函数
    delete p;
    return 0;
}

这段代码建立了一个基类Base，其中包含一个print()函数，建立了一个派生类Derived，其中除了基类中的print()函数外，还包含了一个display()函数，并重新定义了print()函数。在main()函数中，创建了一个指向派生类的指针p，然后通过基类指针调用了print()函数，此时将会调用到派生类中重新定义的print()函数，实现了重载。

3. 虚函数

虚函数是动态多态的重要实现方式，在基类中通过virtual关键字声明，在派生类中通过override重新定义。在程序运行期间，运行时类型识别（RTTI）的机制会根据对象的实际类型，调用该类型对应的虚函数版本。这样就实现了同一个函数，根据不同对象的不同实现方式，执行不同的代码。虚函数可以被纯虚函数（Pure Virtual Function）替代，纯虚函数是指不实现函数体的虚函数。

例如，

class Base {
public:
    virtual void print() {
        cout << "Base::print()" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void print() override {
        cout << "Derived::print()" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* p = new Base();
    Base* q = new Derived();
    p->print();
    q->print();
    delete q, p;
    return 0;
}

这段代码建立了一个基类Base和一个派生类Derived，其中Base中包含了一个虚函数print()，Derived中重新定义了print()，然后在main()函数中，创建了一个基类指针p和一个指向派生类的基类指针q，分别调用了它们的print()方法，运行结果会输出“Base::print()”和“Derived::print()”，这就实现了动态多态。

4. 模板

模板是指通用编程代码，可以用于不同的数据类型。模板可以分为函数模板和类模板两种类型。在模板中，可以在函数或类定义中声明类型参数，代表了将来实例化模板时要用的类型。这样模板可以大大提供了程序复用性，同时也方便了程序员的编写。

例如，下面的代码片段演示了模板函数的使用：

template<class T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int c = add(1, 2);
    double d = add(1.1, 2.2);
    cout << c << endl << d << endl;
    return 0;
}

这段代码定义了一个模板函数add()，其中注意到使用了template关键字，后面跟着一个类型参数T。该函数的代码实现中，使用了类型参数T，这就表示将来可以调用这个函数的时候，传进去两个不同的类型参数T，例如上面的c和d所对应的类型分别是int和double。运行该程序，输出结果为：

3
3.3

总结

本篇攻略介绍了C++中派生和虚函数两种重要的多态性实现方式，同时也对模板进行了简单的介绍。在实际代码编写中，可以结合派生、虚函数和模板等多种特性，实现更优秀的程序设计。

示例1中，通过一段派生类的代码，演示了派生的基本操作和实现，通过创建指向派生类的基类指针，实现了重载的多态性特性。

示例2中，通过一段虚函数的代码，演示了虚函数的基本操作和实现，通过虚函数，实现了动态多态性特性。

通过本篇攻略的介绍，相信读者已经掌握了C++中派生、虚函数和模板这些重要的多态性实现特性，可以在实际使用中更加灵活地应用这些特性，提高程序的可复用性和效率。